DE2501050B2

DE2501050B2 - Verformungsverfahren für ein Werkstück aus Baustahl

Info

Publication number: DE2501050B2
Application number: DE2501050A
Authority: DE
Inventors: Yoshiki Oshida; Seiji Takase
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 1974-01-18
Filing date: 1975-01-13
Publication date: 1979-08-02
Also published as: CH577560A5; US3967486A; FR2258457B1; GB1477749A; SU670233A3; DE2501050A1; FR2258457A1; JPS50103458A; DE2501050C3

Description

Die Erfindung betrifft ein Verformungsverfahren für ein Werkstück aus Baustahl, nach dem Oberbegriff des Anspruchs.

Ein solches Verfahren ist aus der Zeitschrift »Metall«, Dezember 1969, Seiten 1264 bis 1269 bekannt Dabei wird beispielsweise an Kohlenstoffstähle bei Temperaturzyklen zwischen 540⁰C und 820⁰C eine Zugspannung angelegt und die sich pro Zyklus ergebende Dehnung festgestellt Es wird weiterhin in dieser Literaturstelle hervorgehoben, daß die Verformungsenergie dadurch vermindert werden kann, daß bei Anwendung der Umwandlungs-Superplastizität große Formänderungein unter kleinen Fließspannungen auftreten.

Bei der Bearbeitung von Werkstücken mittels Formwalzen wird bisher ein CrMo-Stahl oder ein NiCrMo-Stahl verwendet, um die Festigkeit des bearbeitenten Werkstückes zu erhöhen. Diese Werkstücke aus hochlegierten Stählen werden zudem einer Wärmebehandlung unterworfen, um ihre Zugfestigkeit und Ermüdungs- oder Biegefestigkeit zu erhöhen. Beispielsweise bei einem Formwalzverfahren zur Herstellung von Schraubbolzen od. dgl. bei Raumtemperatur ist ein hohe Verformungsenergie erforderlich. Selbstverständlich sind derartige hochgelegte SpezialStähle entsprechend teuer.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verformungsverfahren der im Oberbegriff des Anspruchs 1 umrissenen Gattung zu schaffen, bei dem die Festigkeit eine« Werkstückes aus Baustahl auf eine einem legierten Stahl entsprechende Festigkeit gesteigert werden kann, und dabei die für das Formwalzen erforderliche Verformungsenergie erheblich vermindert wird.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs.

Beim Formwalzen unter den erfindungsgemäßen Bedingungen wird die Festigkeit des Baustahles auf eine einem legierten Stahl entsprechende Festigkeit gesteigert, ohne daß eine gesonderte Wärmebehandlung notwendig ist. Im Gegensatz zur Herstellung derartiger Werkstücke aus legierten Stählen kann die Zähverfestigung bzw. ein entsprechendes Anlassen durch Verfeinerung des Kristallkornes sowie das Formwalzen des; Werkstückes in einem einzigen Arbeitsgang verwirklicht werden. Außerdem wird durch die Verformung im superplastischen Zustand überhaupt, insbesondere aber dadurch, daß als Spannung zur Erzeugung der Superplastizität die durch die Formwalzen erzeugte Druckspannung angewandt wird, die für das Formwalzen erforderliche Verformungsenergie ganz erheblich vermindert Zur Erzeugung des superplastischen Zustandes reicht die durch die Formwalzen bedingte Verpressung des Werkstückes völlig aus. Insgesamt kann somit ein Bau-Walzstahl für Zwecke verwendet werden, die bis-lang legierten Stählen vorbehalten waren.
Im folgenden ist eine bevorzugte Ausführungsform

ίο der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert Es zeigt

F i g. 1 eine Draufsicht auf eine Formwalzvorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verformungsverfahrens,

Fig.2 in vergrößerter Darstellung einen Schnitt gemäß Linie 11-11 in F i g. 1 und

Fig.3 in weiter vergrößerter Darstellung eine Teildraufsicht auf die Vorrichtung.
Im folgenden ist das erfindungsgemäße Verfahren anhand der F i g. 1 bis 3 im einzelnen beschrieben.

Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird eine ähnliche Formwalzvorrichtung wie beim bereits angewandten Verfahren verwendet, bei welcher Formwalzen 2 durch einen nicht dargestellten Elektromotor angetrieben werden. Dabei wird ein Werkstück 1 durch eine an einem Maschinenbett 5 befestigte Support- bzw. Tragplatte 3 getragen, wobei das eine Ende des Werkstücks I drehbar von einem Tragglied bzw. Futter 4 gehaltert wird. Am Maschinenbett 5 ist eine elektrische Stromversorgung 6 zur Erwärmung des Werkstücks 1 vorgesehen und mit den Formwalzen 2 verbunden, um zur Erwärmung des Werkstücks 1 einen elektrischen Strom durch das Werkstück hindurchzuleiten. Die Antriebswellen der Formwalzen 2 sind hierbei jedoch gegenüber den Formwalzen 2 isoliert. Zur Kühlung des Werkstücks 1 ist eine Kühlvorrichtung 7 vorgesehen, welche Druckluft gegen das Werkstück 1 bläst.

Wenn das Werkstück 1 aus Baustahl, etwa aus einer

ι» Rundstahlstange mit 15 mm Durchmesser besteht, wird es einem Erwärmungs- und Abkühltemperaturzyklus mit 4—5 Zyklen pro Minute unterworfen, wobei seine Erwärmung bzw. seine Temperatur einen Umwandlungspunkt über einen Temperaturbereich mit einem

■ι ι Λι-Umwandlungspunkt durchläuft, d. h. einen Temperaturbereich von etwa ± 100⁰C um den A^ -Umwandlungspunkt herum oder einen die A\- und A₂-Umwandlungspunkte einschließenden Temperaturbereich mit einem um etwa 100⁰C unter dem /li-Umwandlungspunkt

■«· liegenden unteren Grenzwert und einen um etwa 100⁰C über dem /4₂-Umwandlungspunkt liegenden oberen Grenzwert. Während dieser Zeitspanne wird wegen des Auftretens der Superplastizitätserscheinung im Werkstück 1 eine Verfeinerung des Kristallkorns des

v. Werkstücks und eine Vergleichmäßigung des metallurgischen Gefüges erzielt, so daß durch die Vergleichmäßigung des metallurgische ι Feingefüges des Kristallkorns eine verbesserte Festigkeit des Werkstücks erreicht werden kann. Da zudem das Formwalzen in

wi dem Zustand erfolgt, in welchem die Superplastitzitätserscheinung im Werkstück vorliegt, kann auch die für das Formwalzen erforderliche Energie weitgehend vermindert werden.

Beim vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel

b» ist der Temperaturbereich zwischen seinen oberen und unteren Grenzwerten mit etwa ±100°C in der Nähe eines Umwandlungspunkts angegeben, wobei 4—5 Zyklen der Temperaturänderung pro Minute ange-

wandt werden. Diese speziellen Werte sind unter Berücksichtigung der Änderung des Umwandlungspunkts infolge von Änderungen der Erwärmungs- und Abkühlgeschwindigkeiten sowie der zwirchen Beginn und Beendigung der Umwandlung oder Umbildung erforderlichen Zeitspanne bestimmt worden. Bei der praktischen Durchführung der Erfindung können die Arbeitsbedingungen, etwa der Aufwärts- und Abwärtsrichtung durch den Umwandlungspunkt verlaufende Temperaturbereich des Wärmezyldus sowie die Frequenz dieses Zyklus, in Abhängigkeit von Art und Form des Werkstückmaterials gewählt werden. Obgleich es zur Erzeugung der Superplastizitätserscheinung erforderlich ist, eine geringe Belastung auf das Werkstück auszuüben, reicht die durch die Formwalzen bewirkte Verpressung des Werkstücks hierfür aus. Die Temperaturmessungen bei der vorstehend beschriebenen Arbpitsweise können auf herkömmliche Weise durch Anordnung des eines thermischen PbS-R?diometers in der Nähe des Werkstücks oder durch unmittelbare Anbringung eines Wärmefühlers bzw. Thermoelements am Werkstück durchgeführt «verden.

In diesem Zusammenhang ist zu erwähnen, daß das Werkstück t zunächst auf eine Temperatur in der Nähe des Umwandlungspunkts erwärmt wird, wofür der von der Stromquelle 6 zum Werkstück 1 geleitete elektrische Strom zur regelbaren Erwärmung des Werkstücks auf eine gewünschte Temperatur benutzt wird. Wahlweise könnte die Erwärmung des Werkstücks 1 auch dadurch erfolgen, daß entweder eine elektrischer Strom über Bürsten unmittelbar mm Werkstück 1 geleitet oder ein Gas mit hoher Temperatur auf das Werkstück 1 aufgeblasen wird. Daruberhinaus kann die Kühlvorrichtung 7 auch weggelassen werden, so daß das Werkstück auf natürliche Weise abkühlt

Eifindungsgemäß kann bei Verwendung von Walzstahl für allgemeine (Maschinen-) Bauzwecke eine der Festigkeit von Spezial- oder Sonderstahl vergleichbare Festigkeit erzielt werden, wobei zudem die für Spezial- oder Sonderstahl erforderliche Wärmebehandlung

ίο überflüssig wird. Da das Werkstück in einem superplastischen Zustand verarbeitet wird, wird zudem eine Zähverfestigung bzw. ein entsprechendes Anlassen des Werkstücks durch Verfeinerung seines Kristallkorns sowie das Formwalzen des Werkstücks in einem Arbeitsgang erreicht, wobei die für das Formwalzen erforderliche Energie weitgehend vermindert werden kann, da sich das Werkstück im superplastischen Zustand befindet Bezüglich des Werkstoffs des Werkstücks läßt sich eine ähnliche Wirkung sowohl im Fall von Eisenmaterialien als auch im Fall von Nichteisenmaterialien (mit einem Umwandlungspunkt) erzielen.

Zusammenfassend wird also erfindungsgemäß ein metallischer Werkstoff einer Formwalzbearbeitung unterzogen, während in ihm durch einen einen Umwandluugspunkt durchlaufenden Temperaturzyklus die Superplastizitätserscheinung hervorgerufen wird, wodurch es möglich wird, ein zähes, formgewalztes Werkstück mit einem Mindestmaß an Bearbeitungs energie herzustellen. Die Erfindung ist somit von großem industriellen Nutzen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Verformungsverfahren für ein Werkstück aus Baustahl, das im Zustand der Superplastizität verformt wird, wobei es einem einen Umwandlung:;-punkt durchlaufenden Temperaturzyklus unterworfen wird, dadurch gekennzeichnet, daß der TempraturzykJus den .4i-Umwandlungspunkt oder die Λ ι-und A₂- Umwandlungspunkte durchläuft und aus mehreren, vorzugsweise vier bis fünf Wechseln in der Minute besteht und sich über einen Tempraturbereich von nicht mehr ± 100⁰C in Bezug auf dem Umwandlungspurakt bzw. die Umwandlungspunkte erstreckt und wobei als Spannung zuir Erzeugung der Superplastizität die durch die Formwalzen erzeugte Druckspannung angewandt wird.